[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Messung mindestens eines Parameters eines extrudierten, zwei flache Seiten aufweisenden Flachleiterkabels in einem Wasserbad im Anschluss an einen Extruder.
[0002] Es sind bereits zahlreiche Vorrichtungen bekannt, mit denen verschiedene Parameter von Kabeln vermessen und bestimmt werden können.
[0003] So ist es beispielsweise möglich, den Aussendurchmesser auf optische Weise zu bestimmen. Auch können Kabel mit Röntgenstrahlen durchleuchtet werden, um die Verteilung in Querrichtung zu bestimmen.
[0004] Ferner ist es schon bekannt, die Wanddicke von isolierten Strängen zu vermessen und diese Daten zur Regelung des Herstellungsprozesses heranzuziehen. Diesbezüglich wird beispielsweise verwiesen auf die DE 2 517 709.
Auch aus der CH 667 327 A5 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung der Wandstärke einer isolierenden Schicht bekannt.
[0005] Eine weitere Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Leiters relativ zur Aussenfläche einer extrudierten Umhüllung ist aus der EP-A0 612 975 bekannt.
[0006] Diese bekannten Vorrichtungen bedienen sich verschiedener Messtechniken zur Bestimmung der gewünschten Parameter. So kann beispielsweise mit Hilfe einer induktiven Messung die Wandstärke ermittelt werden. Allerdings ist mit einer derartigen Messtechnik auch nur die Isolationswandstärke bestimmbar. Zudem ist eine derartige Messung stark von den Leiterdimensionen, beispielsweise Breite und Dicke, abhängig. Ferner muss der Sensor das Kabel berühren.
[0007] Die auch bereits mehrfach eingesetzte kapazitive Messung ist vergleichbar mit einer induktiven Messung.
Bei der kapazitiven Messung müssen die Leiter geerdet sein.
[0008] Auch die Ultraschallmessung wurde schon zur Bestimmung verschiedener Parameter, beispielsweise der Wandstärke, von Platten und Rohren eingesetzt. Dies gilt auch für die Isolation von Kabeln, bei denen es sich jedoch um runde Kabel handelt.
[0009] Runde Kabel werden jedoch heutzutage immer mehr durch Flachleiterkabel ersetzt. Dies gilt beispielsweise für die Autoindustrie. Dort wurden Flachkabel bisher primär dadurch hergestellt, dass die Isolationsschicht auf die Flachleiter im Kabel auflaminiert bzw. geklebt wurden. Derartige Flachleiterkabel werden jedoch immer mehr durch Extrudieren hergestellt.
Dabei ergeben sich allerdings Probleme hinsichtlich der präzisen Verlegung, beispielsweise Abstände und Zentrizität, der Flachleiter im Kabel.
[0010] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit der bzw. mit dem die gewünschten Parameter, beispielsweise die Isolationswandstärke sowie die Lage und die Abstände der einzelnen Flachleiter, eines extrudierten Flachleiterkabels bestimmt werden können.
[0011] Gelöst wird diese Aufgabe durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche.
[0012] Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung wird das Flachleiterkabel (nachstehend häufig auch nur als Kabel bezeichnet) mit einer seiner flachen Seiten über mindestens einen in einem Wasserbad angeordneten Ultraschallkopf geführt.
Bei dem Wasserbad handelt es sich vorzugsweise um dasjenige, das üblicherweise bei der Herstellung von Flachleiterkabeln mittels Extrusion sich an den Extruder anschliesst und ein Kühlbad darstellt. Bedingt dadurch, dass die Ultraschallmessung in einem Wasserbad stattfindet, wird der Ultraschall angekoppelt; dieses Phänomen ist bekannt.
[0013] Als Ultraschallkopf können erfindungsgemäss zwei Alternativen eingesetzt werden.
[0014] Bei der ersten Alternative wird der Ultraschallkopf derart in der Vorrichtung angebracht und geführt, dass er quer zur Längsrichtung des Flachleiterkabels verschiebbar geführt wird. Bei dieser Alternative können auch mehrere Ultraschallköpfe eingesetzt werden, die dann alle quer zur Längsrichtung des Flachleiterkabels verschiebbar geführt werden.
Die obige Angabe "mindestens ein Ultraschallkopf" steht somit für ein, zwei, drei, vier, fünf ... viele Ultraschallköpfe.
[0015] Bei der zweiten Alternative stellt der Ultraschallkopf eine stationäre Ultraschall-Elementenzeile dar, die sich quer zur Längsrichtung des Flachleiterkabels erstreckt. Mit anderen Worten, der Ultraschallkopf besitzt mehrere nebeneinander angeordnete Elemente, die zur Abgabe von Ultraschallimpulsen und gegebenenfalls auch zum Empfang von Ultraschallechos befähigt sind, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird.
[0016] Ultraschallköpfe werden üblicherweise durch einen sehr kurzen elektrischen Spannungsimpuls zum Aussenden eines Ultraschallimpulses angeregt. Die aus dem angekoppelten Medium auf den Ultraschall-Empfänger auftreffenden Ultraschallwellen können in elektrische Spannungen umgewandelt werden.
Ein Ultraschallkopf kann somit sowohl als eigentlicher Sender als auch Empfänger genutzt werden. Im Rahmen der hier vorliegenden Unterlagen wird als reiner Ultraschallsender eine solche Einrichtung bezeichnet, die lediglich zum Aussenden eines Ultraschallimpulses dient, während als Empfänger nur eine solche Einheit bezeichnet wird, die lediglich zur Umwandlung der Ultraschallwellen in elektrische Spannungen dient.
[0017] Ein und dieselbe Einrichtung kann jedoch sowohl als Sender als auch als Empfänger genutzt werden. Eine solche Einrichtung wird hier als Ultraschallwandler bezeichnet; derartige Wandler können auch Transducer genannt werden.
[0018] Aus Gründen der einfacheren Darstellbarkeit bezeichnet der Ausdruck "Ultraschallkopf" nachstehend sowohl einen reinen Ultraschallsender als auch einen Ultraschallwandler.
Beziehen sich die Ausführungen auf einen reinen Ultraschallsender, dann ist diesem auf der anderen flachen Seite des Kabels gegenüberliegend ein Ultraschallempfänger zugeordnet. Der reine Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger bilden dann ein Paar, das im Falle eines verschiebbaren Ultraschallkopfes auch gemeinsam verschoben wird.
[0019] Aufgrund der Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es möglich, mehrere Parameter zu bestimmen. Dazu zählen nicht nur die Isolationswandstärken, sondern auch die Lage und Abstände der einzelnen Flachleiter sowie die Zwischenräume zwischen diesen Flachleitern.
Es kann bzw. können nur ein verschiebbarer Ultraschallkopf oder auch mehrere, beispielsweise 2, 3, 4 etc., verschiebbare Ultraschallköpfe vorhanden sein.
[0020] Um die genaue seitliche Querverschiebung und somit die genaue relative Lage des Ultraschallkopfes oder der Ultraschallköpfe in Bezug auf das zu vermessende Flachleiterkabel genau bestimmen zu können, sollten die Seitenränder und somit die Aussenkontur des zu vermessenden Flachleiterkabels entweder bekannt und somit festgelegt sein oder gemessen werden. Die Lage des Flachleiterkabels kann beispielsweise dadurch festgelegt werden, dass dieses durch eine Führung gezogen wird, so dass die Lage und damit die Aussenkontur des Kabels feststeht. Vorzugsweise besitzt die erfindungsgemässe Vorrichtung jedoch eine zusätzliche Messvorrichtung, welche eine Seitenkante des Flachleiterkabels erfasst und vermisst.
Zweckmässigerweise gilt Analoges für die andere Seitenkante, wobei damit auf einfache Weise die gesamte Kabelbreite gemessen werden kann. Bei dieser Messvorrichtung handelt es sich vorzugsweise ebenfalls um eine Ultraschall-Messvorrichtung.
[0021] Ferner ist der verschiebbare Ultraschallkopf oder sind die verschiebbaren Ultraschallköpfe vorzugsweise mit einem Positionsgeber ausgestattet, welcher die seitliche Querverschiebung des Ultraschallkopfes laufend erfasst, so dass die Echosignale in Funktion der relativen Lage des Ultraschallkopfes in Bezug auf die Aussenkontur des Kabels laufend ermittelt wird.
[0022] Im Falle eines verschiebbar geführten Ultraschallkopfes besitzt die einfachste Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung nur einen einzigen derartigen verschiebbaren Ultraschallkopf.
Der Ultraschallkopf sollte dann jedoch über die gesamte Breite des Flachleiterkabels verschiebbar geführt sein, um alle gewünschten Parameter bestimmen zu können.
[0023] Natürlich ist es auch möglich, mehrere verschiebbare Ultraschallköpfe zur Anwendung zu bringen. In diesem Falle sind die Ultraschallköpfe zweckmässigerweise in Längsrichtung des Flachleiterkabels versetzt angeordnet und überstreichen nur einen gewissen Betrag der gesamten Breite des Flachleiterkabels, beispielsweise nur jeweils eine Hälfte.
[0024] Der Ausdruck "mehrere" Ultraschallköpfe bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Unterlagen zwei, drei, vier ... viele Ultraschallköpfe.
[0025] Es ist allerdings möglich, mehrere verschiebbare Ultraschallköpfe vorzusehen und diese nebeneinander anzuordnen, so dass sie in Längsrichtung nicht versetzt sind.
In diesem Fall werden die Ultraschallköpfe vorzugsweise gleichzeitig verschoben, jedoch zeitlich nacheinander angesteuert, so dass auch die Ultraschallimpulse zeitlich versetzt abgegeben werden. Sie können beispielsweise fest auf einem Schlitten befestigt sein, der als solcher verschiebbar ist, so dass auch die Ultraschallköpfe verschiebbar sind. Auch ein einzelner verschiebbarer Ultraschallkopf wird vorzugsweise auf einem derartigen Schlitten angebracht.
[0026] Besitzt die erfindungsgemässe Vorrichtung mehrere verschiebbare Ultraschallköpfe, die nicht gemeinsam, sondern unabhängig voneinander verschoben werden können, dann kann man den Verschiebeweg und somit die Breite des Flachleiterkabels, die von dem einzelnen Ultraschallkopf überstrichen wird, entsprechend den Bedürfnissen wählen.
Auch in diesem Fall kann man zwei oder mehrere in Längsrichtung nacheinander angeordnete Ultraschallköpfe vorsehen. Ferner ist es möglich, den Verschiebeweg derart zu wählen, dass bestimmte Bereiche der Breite und auch die gesamte Breite des Flachleiterkabels mehrmals überstrichen und vermessen werden. All dies kann je nach Wunsch und Erfordernis entsprechend ausgestaltet sein.
[0027] Statt eines verschiebbaren Ultraschallkopfes kann auch eine stationäre Ultraschall-Elementenzeile eingesetzt werden. Die Breite dieser Ultraschall-Elementenzeile ist dabei derart bemessen, dass die gewünschte Breite des Flachleiterkabels vermessen werden kann. Bei einer Ausführungsform dieser Ultraschall-Elementenzeile erstreckt sich diese vorzugsweise über die gesamte Breite des Flachleiterkabels.
Es ist auch möglich, zwei getrennte stationäre Ultraschall-Elementenzeilen einzusetzen, die beispielsweise in Längsrichtung des Flachleiterkabels versetzt angeordnet sind und sich nur über einen bestimmten Bereich der Breite des Flachleiterkabels erstrecken. Auch in diesem Falle werden die Ultraschall-Elementenzeilen vorzugsweise derart ausgestaltet und angebracht, dass die gesamte Breite des Flachleiterkabels überstrichen und somit vermessen werden kann.
[0028] Den hier in Rede stehenden Alternativen liegt die gemeinsame erfinderische Idee zugrunde, dass ein Flachleiterkabel mit Hilfe mindestens eines Ultraschallkopfes über zumindest einen gewissen Bereich der Breite und vorzugsweise über die gesamte Breite vermessen wird.
[0029] Nach einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemässe Vorrichtung mit einer Führungseinrichtung ausgestattet,
die über einen Innenraum verfügt. Diese Führungseinrichtung ist im Wasserbad angeordnet, so dass auch der Innenraum mit Wasser gefüllt ist.
[0030] Diese Führungseinrichtung ist mit einem Schlitz versehen, über den das Flachleiterkabel geführt wird, und zwar entweder berührend oder in einem Abstand von 0,1-10 mm. Diese Führungseinrichtung wird derart angeordnet, dass sich der Schlitz quer zur Längsrichtung des Flachleiterkabels erstreckt.
[0031] Im Innenraum dieser Führungseinrichtung ist ein Ultraschallkopf angeordnet, der die Ultraschallwellen in Richtung des Schlitzes abstrahlt. Nur die durch den Schlitz austretenden Schallwellen dienen zur Vermessung der gewünschten Parameter des Flachleiterkabels.
[0032] Vorzugsweise wird erfindungsgemäss als Ultraschallkopf bzw.
Ultraschallwandler ein solcher mit Fokussieroptik verwendet, welche den Schall auf einen bestimmten Fokuspunkt bündelt. Der Abstand wird dann derart gewählt, dass der Fokus direkt auf der Kabeloberfläche liegt.
[0033] Nach einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist die Führungseinrichtung im Wesentlichen bis auf den Schlitz geschlossen und mit einer Zuführungsöffnung ausgestattet, durch die Wasser zwangsweise in den Innenraum der Führungseinrichtung eingeleitet wird. Dafür kann beispielsweise eine Pumpe eingesetzt werden. Das in den Innenraum eingeführte Wasser wird, da dieser Innenraum ansonsten geschlossen ist, aus dem Schlitz herausgedrückt und bildet damit eine Art Kissen, auf dem das Flachleiterkabel beim Ziehen über diesen Schlitz ruht.
Mit Hilfe dieses Wasserkissens, beispielsweise durch Einstellen des Fördervolumens des Wassers, kann der Abstand des Flachleiterkabels zur Führungseinrichtung festgelegt werden. Dadurch wird die Genauigkeit der Ultraschallmessung nochmals verbessert.
[0034] Gegenstand der Erfindung ist auch Verfahren zur Messung mindestens eines Parameters eines extrudierten Flachleiterkabels, bei dem das Flachleiterkabel nach Austritt aus einem Extruder in einem Wasserbad vermessen wird.
Diese Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Flachleiterkabel auf mindestens einer seiner beiden flachen Seiten im Wesentlichen senkrecht mit den Schallwellen mindestens eines Ultraschallkopfes beaufschlagt wird und
a) : als Ultraschallkopf ein solcher eingesetzt wird, der quer zur Längsrichtung des Flachleiterkabels verschoben wird, oder
b) : als Ultraschallkopf eine sich über die Breite des Flachleiterkabels erstreckende, stationäre Ultraschall-Elementenzeile eingesetzt wird, und der zu messende Parameter oder die zu messenden Parameter anhand eines reflektierten oder mehrerer reflektierter Ultraschall-Echos ermittelt wird oder werden.
[0035] Vorzugsweise wird das reflektierte Ultraschall-Echo als A-Scan bzw. als Amplitudenbild ausgewertet und in Funktion der Querrichtung des Flachleiterkabels dargestellt wird.
Die mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens ermittelten Parameter können zur Steuerung des Herstellungsverfahrens dienen.
[0036] Die Erfindung wird nachstehend anhand der folgenden Zeichnungen erläutert, welche bevorzugte Ausführungsformen in nicht massstabsgetreuer sowie schematischer Weise darstellen.
[0037] Von den Zeichnungen zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine schematische Darstellung eines Flachleiterkabels,
<tb>Fig. 2<sep>eine schematische Darstellung einer Extrudiervorrichtung für das in der Fig. 1 gezeigte Flachleiterkabel mit integrierter erfindungsgemässer Vorrichtung,
<tb>Fig. 3<sep>eine Schnittansicht eines Ultraschallkopfes und eines Flachleiterkabels mit den sich ergebenden Echosignalen,
<tb>Fig. 4<sep>eine schematische Querschnittsansicht durch ein Flachleiterkabel mit den Parametern, welche mit Hilfe der erfindungsgemässen Vorrichtung bestimmt werden können,
<tb>Fig. 5<sep>eine schematische Querschnittsansicht durch einen Wassertrog mit eingebauter erfindungsgemässer Vorrichtung,
<tb>Fig. 6<sep>eine perspektivische Ansicht einer Führungseinrichtung der erfindungsgemässen Vorrichtung mit verschiebbarem Ultraschallkopf,
<tb>Fig. 7<sep>eine Funktionsaufsicht auf die in der Fig. 6 gezeigte Führungseinrichtung von oben,
<tb>Fig. 8<sep>eine der Fig. 6 analoge Ansicht mit einem Ultraschallkopf in Form einer Ultraschall-Elementenzeile,
<tb>Fig. 9<sep>eine der Fig. 7 analoge Ansicht,
<tb>Fig. 10<sep>eine perspektivische schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform mit zwei einander gegenüberliegend angeordneten Führungseinrichtungen,
<tb>Fig. 11<sep>eine der Fig. 10 analoge Ansicht, wobei jedoch die beiden Führungseinrichtungen in Längsrichtung des Flachleiterkabels versetzt angeordnet sind,
<tb>Fig. 12<sep>ein Diagramm eines Echosignals, das beim Vermessen des darunter schematisch dargestellten Flachleiterkabels erhalten wird und
<tb>Fig. 13<sep>ein Diagramm verschiedener Echosignale, die beim Vermessen des darüber wiedergegebenen Flachleiterkabels erhalten werden.
[0038] Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht ein übliches Flachleiterkabel 6 mit mehreren Flachleitern 7, die in eine isolierende Kunststoffschicht, die auch als Isolationsschicht bezeichnet werden kann, eingebettet sind. Das Kabel 6 ist mit einem Trennschnitt 9 versehen, an dem das Kabel 6 nach der Herstellung in zwei Teile unterteilt werden kann. Zur Herstellung des in der Fig. 1 gezeigten Kabels 6 dient der in der Fig. 2 schematisch und in vereinfachter Weise gezeigte Extruder 10, der mit einer Extruderdüse 28 ausgestattet ist, der mehrere Flachleiter 7 zugeführt werden. In der Extruderdüse 28 werden diese Flachleiter 7 in ein Kunststoffmaterial eingebettet und zusammen damit als Flachleiterkabel 6 extrudiert.
Das Kunststoffmaterial wird in einen Trichter 29 eingefüllt und dann auf bekannte Weise erhitzt und der Extruderdüse 28 zugeführt.
[0039] Nach dem Verlassen der Extruderdüse 28 wird das Kabel 6 in ein Kühlbad 30 geführt und dort mit Hilfe von Wasser gekühlt. Am Anfang dieses Kühlbades 30 bzw. der Kühlstrecke ist die erfindungsgemässe Vorrichtung 1 angeordnet.
[0040] Zum Vermessen des Kabels 6 dient ein Ultraschallkopf 2; die Situation mit einem Ultraschallkopf 2, der sich über einem der Flachleiter 7 in dem Flachleiterkabel 6 befindet, ist in der Figur 3 schematisch dargestellt. Das Kabel 6 befindet sich in einem Wasserbad und wird über den Ultraschallkopf 2 gezogen. Der von dem Ultraschallkopf 2 ausgesandte Ultraschallimpuls läuft in Richtung des Flachleiterkabels 6 und wird dort an den verschiedenen Grenzflächen reflektiert.
Die erste Reflexion findet dabei an der Grenzfläche zwischen dem Wasser und der oberen Aussenmantelfläche des Flachleiterkabels 6 statt. Das an dieser Grenzfläche gebildete erste Ultraschallecho E1 läuft zurück zum Ultraschallkopf 2 und wird dort registriert; in diesem Fall stellt der Ultraschallkopf 2 somit einen Ultraschallwandler dar.
[0041] Ultraschallechos lassen sich auf verschiedene Weise, beispielsweise auf einem Oszillographen oder einem Computerbildschirm, darstellen. Dies ist in der Fig. 3 auf der rechten Seite dargestellt. Der ausgestrahlte Ultraschallimpuls wird als Sl dargestellt.
Das erste Ultraschallecho E1 wird nach der Echo-Laufzeit t1 erhalten.
[0042] Das zweite Ultraschallecho E2 des von dem Ultraschallkopf 3 abgegebenen Ultraschallimpulses entsteht an der Grenzfläche zwischen der oberen Isolationsschicht 8 und dem Flachleiter 7; diesem zweiten Ultraschallecho E2 ist die Echo-Laufzeit t2 zugeordnet.
[0043] Ein weiteres Ultraschallecho E3 ergibt sich an der Grenzfläche zwischen der unteren Grenzschicht des Flachleiters 7 und der oberen Grenzschicht der darunter angeordneten Isolationsschicht 8 ¾; die Echo-Laufzeit ist mit t3 bezeichnet. Das vierte Ultraschallecho E4 entsteht an der Grenzfläche zwischen der unteren Isolationsschicht 8 ¾ des Kabels 6 und dem darunterliegenden Wasser.
[0044] Bekanntlich werden Ultraschallechos an Grenzflächen durch Reflexion erzeugt, an denen Stoffe mit unterschiedlicher akustischer Impedanz aufeinandertreffen.
Derartige Stoffe sind im vorliegenden Fall einerseits das Material der Isolationsschicht 8 und andererseits das Material des Flachleiters 7. Änderungen oder Sprünge der akustischen Impedanz an Grenzflächen längs der Ausbreitungsrichtung führen zu einer teilweisen Reflexion der akustischen Energie und damit gleichzeitig zu einer Schwächung in Ausbreitungsrichtung. Der ursprünglich abgegebene Ultraschallimpuls ist in der Fig. 3 als Sl bezeichnet. Nach der Reflexion an der ersten Grenzschicht und Ausbildung des Ultraschallechos E1 wird der ursprüngliche Ultraschallimpuls Sl geschwächt und setzt sich in geschwächter Form als T1 fort. Analoges gilt für die weiterhin geschwächten Ultraschallimpulse T2, T3 und T4.
[0045] Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung erfolgt die Vermessung mit Hilfe des sogenannten A-Bildes (Amplituden-Bild), das auch als A-Scann bezeichnet wird.
Der zeitliche Ablauf der Ultraschallimpulse und der rückgestreuten Ultraschallechos werden in einem Signalprozessor in Echtzeit vermessen und ausgewertet. Das erhaltene Resultat kann in leicht lesbarer grafischer Form auf einem Bildschirm dargestellt werden. Dabei sind auf einer Achse die in eine Dimension umgerechneten Echozeiten als reelle Distanzen und auf der anderen Achse die Position des aktiven Ultraschallkopfes dargestellt, und zwar in Querrichtung und relativ zur Referenzkante des Flachleiterkabels. Auf diese Weise entsteht ein klar lesbares virtuelles Bild des betreffenden Kabelquerschnitts; diese Situation ist rechts in der Fig. 3 bildlich erläutert. Die vertikale Position entspricht der Echo-Laufzeit (d.h. der Eindringtiefe) und die Amplitude der Echointensität.
[0046] In der Fig. 3 und in obigen Ausführungen sind nur die wichtigsten Ultraschallechos erläutert.
Daneben existieren noch weitere Echos, beispielsweise Bodenechos.
[0047] In der Fig. 4 ist ein Kabel 6 in einem schematischen Schnitt gezeigt. In die Isolationsschicht 8 dieses Kabels 6 sind insgesamt drei Flachleiter 7 eingebettet; zudem weist dieses Kabel einen Trennschnitt 9 auf. In dieser Figur sind verschiedene Parameter dargestellt, die mit Hilfe der erfindungsgemässen Vorrichtung und dem erfindungsgemässen Verfahren vermessen werden können.
Dies sind unter anderem:
BL = Breite des Leiters; HL = Höhe des Leiters; DL = Abstand der benachbarten Seitenkanten von zwei Flachleitern 7; DS = Abstand des Seitenrandes des äusseren bzw. mittleren Flachleiters 7 zum Trennschnitt 9; H = Dicke des Flachleiterkabels 6; HL = Dicke/Höhe des Flachleiters 7 und DM = Abstand der Längsmittellinien zweier benachbarter Flachleiter 7.
[0048] Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht durch ein Wasserbad 19 mit einer integrierten erfindungsgemässen Vorrichtung 1. Der Schnitt verläuft dabei in etwa senkrecht zu der Längsachse des zu vermessenden Flachleiterkabels 6, das insgesamt fünf Flachleiter 7 aufweist.
Das Flachleiterkabel 6 wird durch eine in etwa C-förmige, zur Seite hin (in Figur 5 nach rechts hin) offene und mit Wasser gefüllte Ausnehmung 12 in einem Schlitten 11 hindurchgezogen.
[0049] Der Schlitten 11 kann quer zur Längsrichtung des Kabels 6 und somit in Richtung des Doppelpfeils 13 hin- und herbewegt werden. Diese Bewegung wird mit Hilfe einer Spindel 14 bewirkt, die durch einen Antrieb 15, beispielsweise DC-Motor, angetrieben wird, der mit einem Encoder für die Positionserfassung des Schlittens 11 und damit auch der nachstehend näher erläuterten Ultraschallköpfe 2, 2 ¾ ausgestattet ist. Stattdessen kann auch ein Schrittmotor eingesetzt werden, dessen Position durch die Ansteuerung eindeutig bestimmt ist.
Antrieb und Spindel können auch durch einen Pneumatikzylinder ersetzt werden.
[0050] Der Ultraschallkopf 2 ist unter dem Kabel 6 angeordnet, während sich der Ultraschallkopf 2 ¾ oberhalb des Kabels 6 befindet. Der Ultraschallkopf 2 kann dabei einen reinen Ultraschallsender darstellen, während der Ultraschallkopf 2 ¾ ein reiner Empfänger sein kann oder vice versa. Bei der dargestellten Ausführungsform können die Ultraschallköpfe 2, 2 ¾ jedoch auch Ultraschallwandler darstellen.
[0051] Seitlich von dem Kabel 6 ist eine zusätzliche Messvorrichtung 16 zur Erfassung der Position der Seitenkante 17 des Kabels 6 angebracht. Es kann sich hier ebenfalls um einen Ultraschallkopf/Ultraschallwandler handeln.
Mit Hilfe dieser zusätzlichen Messvorrichtung 10 wird der Abstand A von dieser Messvorrichtung 16 zur Seitenkante 17 des Kabels 6 bestimmt.
[0052] Beim Hin- und Herbewegen des Schlittens 11 und damit der Ultraschallköpfe 2, 2 ¾ wird die gesamte Breite des zu vermessenden Kabels 6 überstrichen und vermessen. Die dabei erhaltenen Ultraschall-Echos werden mit Hilfe eines Rechners verarbeitet. Dabei gehen auch die Werte ein, die an diesem Rechner durch die zusätzliche Messvorrichtung 16 und den Encoder für die Positionserfassung des Schlittens 11 geliefert werden. Daraus wird der Abstand B vom Ultraschallkopf 2, 2 ¾ zur zusätzlichen Messvorrichtung 16 unter zur Hilfenahme des Wertes für den Abstand A berechnet.
Daraus ergibt sich der Abstand C der Ultraschallköpfe 2, 2 ¾ zur Seitenkante 17 des Kabels 6.
[0053] Bei der in der Fig. 6 in perspektivischer Ansicht dargestellten Vorrichtung wird der Schlitten 11 im Innenraum 18 einer im Wasserbad 19 eingetauchten Führungseinrichtung 20 entsprechend der Richtung des Doppelpfeils 13 hin- und herbewegt. Diese Führungseinrichtung 20 besitzt in etwa Quaderform. In ihrer oberen horizontalen planen Seitenwand 21 ist ein Schlitz 4 ausgenommen, über den das Kabel 6 senkrecht gezogen wird und in etwa auf dieser Seitenwand 21 aufliegt. Die Zugrichtung bzw. Längsrichtung des Kabels 6 wird mit dem Pfeil 5 dargestellt.
[0054] Der Schlitten 11 wird mit Hilfe von Führungsschienen 23 geführt und ist mit einem Zahnriemen 22 verbunden, der mit Hilfe eines angetriebenen Zahnrades 24 (man vergleiche Fig. 7) hin- und herbewegt wird.
Der Zahnriemen 22 wird durch ein nicht angetriebenes Zahnrad 25 umgelenkt.
[0055] Der Schlitten 11 besitzt oben einen Ultraschallkopf 2, der den Ultraschallimpuls in Richtung des Schlitzes 4 abstrahlt. Die Ultraschallwellen treten dann durch den Schlitz 4 durch, treffen auf das Kabel 6 und werden reflektiert. Die reflektierten Ultraschall-Echos treten dann wiederum durch den Schlitz 4 hindurch und werden von dem Ultraschallkopf 2 empfangen. Bei diesem Ultraschallkopf 2 handelt es sich somit im vorliegenden Fall um einen Ultraschallwandler.
[0056] Die Führungseinrichtung 20 besitzt seitlich einen Rohrstutzen 26, durch den Wasser zwangsweise mit Hilfe eines geeigneten Mittels, beispielsweise einer Pumpe (nicht gezeigt), in den Innenraum 18 der Führungseinrichtung 20 hineinbewegt wird.
Dieses Wasser tritt dann durch den Schlitz 4 aus dem Innenraum 18 aus und bildet auf der horizontalen oberen Seitenwand 21 der Führungseinrichtung 20 ein Wasserkissen oder einen Wasserfilm aus, auf dem das Kabel 6 entlanggleitet und durch das der Abstand des Kabels 6 zur Oberfläche der oberen horizontalen Seitenwand 21 festgelegt wird. Es ist übrigens nicht unbedingt erforderlich, dass die obere Seitenwand 21 streng horizontal bzw. plan ist. Sie kann auch leicht nach aussen gewölbt sein, wobei sich der Schlitz 4 dann am Scheitelpunkt dieser Wölbung befindet. Insgesamt ergibt sich dann, bezogen auf den Querschnitt, in etwa eine jochartige Form.
[0057] Die in den Fig. 8 und 9 gezeigte Ausführungsform entspricht hinsichtlich der Führungseinrichtung 20 in etwa derjenigen, die in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist.
Dabei sind gleiche Teile und Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei dies nicht nur für diese beiden Ausführungsformen, sondern allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung gültig ist.
[0058] Der Unterschied zu der in der Fig. 6 gezeigten Ausführungsform besteht darin, dass bei der in den Fig. 8 und 9 gezeigten Ausführungsformen der Ultraschallkopf eine Ultraschall-Elementenzeile 2 ¾ ¾ ist, die nicht verschiebbar, sondern stationär ist. Diese verfügt über mehrere nebeneinander quer zur Längsrichtung 5 angeordnete Ultraschallimpulse aussendende Elemente 3.
[0059] Bei den in den Fig. 6 bis 9 gezeigten Ausführungsformen stellen, sofern nichts anderes angeben ist, die Ultraschallköpfe 2, 2 ¾ und 2 ¾ ¾ Ultraschallwandler dar, die somit nicht nur einen Ultraschallimpuls abgeben, sondern auch das Ultraschallecho empfangen.
Bei der in der Fig. 10 dargestellten Ausführungsform, welche der in der Fig. 8 gezeigten sehr ähnelt, sind zwei Führungseinrichtungen 20, 20 ¾ vorhanden, die mit ihren Schlitzen 4, 4 ¾ einander gegenüberliegend angeordnet sind, so dass das Kabel 6 durch den zwischen diesen beiden Führungseinrichtungen 20, 20 ¾ gebildeten Spalt 27 hindurchgezogen wird. Jede dieser Führungseinrichtungen 20, 20 ¾ ist mit einer Ultraschall-Elementenzeile 2 ¾ ¾ ausgestattet. In diesem Fall ist es möglich, dass beide Ultraschall-Elementenzeilen 2 ¾ ¾ auch Wandler sind.
Ferner ist es möglich, dass eine dieser Ultraschall-Elementenzeilen 2 ¾ ¾ ein reiner Sender und die andere ein reiner Empfänger ist.
[0060] Die Führungseinrichtungen 20, 20 ¾ müssen im Übrigen nicht einander gegenüberliegend angeordnet sein; vielmehr ist es auch möglich, diese Führungseinrichtungen in Längsrichtung 5 versetzt anzuordnen, wie dies in der Fig. 11 dargestellt ist.
Diese Führungseinrichtungen 20, 20 ¾ können sowohl einen verschiebbaren Ultraschallkopf als auch mit einer stationären Ultraschall-Elementenzeile je nach Erfordernis ausgestattet sein.
[0061] Es ist übrigens auch möglich, die oben beschriebenen Führungseinrichtungen 20, 20 ¾, die mit einem verschiebbaren Ultraschallkopf 2, 2 ¾ ausgestattet sind, derart auszuführen, dass die Führungseinrichtungen 20, 20 ¾ selbst quer verschiebbar sind und mit einem darin stationär angeordneten Ultraschallkopf 2, 2 ¾ ausgestattet sind, so dass auf diese Weise die Ultraschallköpfe 2, 2 ¾ wieder verschiebbar sind. Eine derartige Ausführungsform entspricht in etwa der in der Fig. 5 gezeigten.
[0062] Die erfindungsgemässe Messvorrichtung 1 wird möglichst direkt nach der Extruderdüse 28 angeordnet, damit die erhaltenen Messergebnisse mit minimaler Zeitverzögerung zur Verfügung stehen.
Diese Werte können dann für eine schnelle Regelung der Herstellungsparameter und somit beispielsweise von Wandstärke und Zentrizität der Leiter verwendet werden. All dies wird zweckmässigerweise mit einer Rechnereinheit gesteuert.
[0063] Mit Hilfe der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 können verschiedene Parameter des zu vermessenden Kabels 6 bestimmt werden. So kann beispielsweise die Wandstärke anhand der Echos ermittelt werden, wenn der Ultraschallkopf über dem Flachleiter 7 steht. Ferner kann durch eine geeignete Analyse der Echowerte, wenn der Ultraschallkopf die Kanten der Leiter 7 überfährt, die Leiterbreite und die Leiterabstände ermittelt werden.
Dies wird nachstehend beispielsweise anhand der Fig. 12 und 13 erläutert.
[0064] In der Fig. 13 sind die Amplitudenverläufe der Ultraschall-Echos E1, E2, E3 und E4 für das oben in der Fig. 13 gezeigte Kabel 6 wiedergegeben; diese Ultraschall-Echos E1-E4 wurden bereits bei der Erläuterung der Fig. 3 näher beschrieben. Sofern die Breite BL des Flachleiters 7 vor der Ultraschallmessung bekannt ist oder vor der Ummantelung vermessen wurde, ist es beispielsweise mit Hilfe des Ultraschall-Echos E2 möglich, die Triggerpunkte zur Bestimmung der Kanten des Flachleiters 7 zu ermitteln. Diese Situation ist in der Fig. 12 dargestellt.
Dazu wird die bekannte Breite BL des Flachleiters 7 dermassen über dem Amplitudenverlauf des Ultraschall-Echos E2 zentriert, dass die durch Projektion ermittelten Triggerpunkte (in der Figur durch einen Kreis mit einem darin befindlichen Kreuz gekennzeichnet) den gleichen Amplitudenwert besitzen.
[0065] Nimmt man einmal an, dass das in der Fig. 12 gezeigte Kabel 6 die durch die gestrichelte Linie kenntlich gemachte Position einnimmt, dann wird dieses Kabel rechnerisch so weit nach rechts verschoben, bis die Positionen P1 und P2 über den Triggerpunkten mit gleicher Amplitude liegen; diese Situation ist mit durchgezogenen Linien dargestellt.
Hat man auf diese Weise die verschiedenen Triggerpunkte für die Flachleiter 7 bestimmt, dann kann man daraus auch rechnerisch deren Abstände ermitteln.
[0066] Obige Ausführung erläutern nur einige Auswertungen, die mit Hilfe der erfindungsgemässen Vorrichtung und des erfindungsgemässen Verfahrens vorgenommen werden können.
Bezugszeichenliste
[0067]
1 : Vorrichtung
2, 2 ¾, 2 ¾ ¾ : Ultraschallkopf bzw.
Ultraschall-Elementenzeile
3 : Element der Ultraschall-Elementenzeile
4, 4 ¾ : Schlitz
5 : Längsrichtung
6 : Flachleiterkabel
7 : Flachleiter
8, 8 ¾ : Isolationsschicht
9 : Trennschnitt
10 : Extruder
11 : Schlitten
12 : U-förmige Ausnehmung
13 : Pfeil
14 : Spindel
15 : Antrieb
16 : zusätzliche Messvorrichtung
17 : Seitenkante
18 : Innenraum
19 : Wasserbad
20, 20 ¾ : Führungseinrichtung
21 : plane Seitenwand
22 : Zahnriemen
23 : Führungsschiene
24 : Zahnrad, angetrieben
25 : Zahnrad, nicht angetrieben
26 : Rohrstutzen
27 : Spalt
28 : Extruderdüse
29 : Trichter
30 : Kühlbad
E1 : erstes Ultraschall-Echo
E2 : zweites Ultraschall-Echo
E3 : drittes Ultraschall-Echo
E4 : viertes Ultraschall-Echo
t1 : Echolaufzeit 1
t2 : Echolaufzeit 2
t3 : Echolaufzeit 3
t4 : Echolaufzeit 4
BL : Breite Leiter
HL : Höhe Leiter
DL :
Abstand der beiden zueinander zeigenden Seitenkanten von zwei Flachleitern
DS : Abstand der benachbarten Seitenkante eines Flachleiters zum Trennschnitt oder zur Aussenkante des Kabels
H : Höhe/Dicke des Flachleiterkabels
B : Breite des Flachleiterkabels
HL : Höhe/Dicke des Flachleiters
DM : Abstand der Längsmittellinien zweier benachbarter Flachleiter
The invention relates to a device and a method for measuring at least one parameter of an extruded, two flat sides having flat conductor cable in a water bath following an extruder.
There are already numerous devices known with which various parameters of cables can be measured and determined.
Thus, it is possible, for example, to determine the outer diameter in an optical manner. Also, cables can be X-rayed to determine the distribution in the transverse direction.
Furthermore, it is already known to measure the wall thickness of insulated strands and to use this data to control the manufacturing process. In this regard, reference is made, for example, to DE 2 517 709.
Also from CH 667 327 A5 a device and a method for testing the wall thickness of an insulating layer is known.
Another device for determining the position of a conductor relative to the outer surface of an extruded envelope is known from EP-A0 612 975.
These known devices use various measurement techniques for determining the desired parameters. For example, the wall thickness can be determined with the aid of an inductive measurement. However, with such a measurement technique, only the insulation wall thickness can be determined. In addition, such a measurement is highly dependent on the conductor dimensions, such as width and thickness. Furthermore, the sensor must touch the cable.
The already repeatedly used capacitive measurement is comparable to an inductive measurement.
For capacitive measurement, the conductors must be earthed.
The ultrasonic measurement has already been used to determine various parameters, such as the wall thickness of plates and pipes. This also applies to the insulation of cables, which are round cables.
However, nowadays round cables are increasingly being replaced by flat conductor cables. This applies, for example, to the auto industry. There, flat cables have hitherto been produced primarily by laminating or gluing the insulation layer onto the flat conductors in the cable. However, such flat conductor cables are increasingly produced by extrusion.
However, there are problems in terms of precise installation, such as distances and centricity, the flat conductor in the cable.
The object of the present invention is therefore to provide a device and a method, with or with which the desired parameters, such as the insulation wall thickness and the position and distances of the individual leads, an extruded flat cable can be determined.
This problem is solved by the teaching of the independent claims.
In the inventive device, the flat conductor cable (hereinafter often referred to only as a cable) is performed with one of its flat sides over at least one arranged in a water bath ultrasonic head.
The water bath is preferably that which usually adjoins the extruder in the production of flat conductor cables by means of extrusion and constitutes a cooling bath. Due to the fact that the ultrasonic measurement takes place in a water bath, the ultrasound is coupled; this phenomenon is known.
As an ultrasonic head according to the invention two alternatives can be used.
In the first alternative, the ultrasonic head is mounted and guided in the device so that it is guided transversely to the longitudinal direction of the flat conductor cable slidably. In this alternative, several ultrasonic heads can be used, which are then all slidably guided transversely to the longitudinal direction of the flat conductor cable.
The above statement "at least one ultrasound head" thus stands for one, two, three, four, five ... many ultrasound heads.
In the second alternative, the ultrasonic head is a stationary ultrasonic element line, which extends transversely to the longitudinal direction of the flat conductor cable. In other words, the ultrasound head has a plurality of juxtaposed elements which are capable of emitting ultrasound pulses and optionally also receiving ultrasonic echoes, which will be discussed in more detail below.
Ultrasonic heads are usually excited by a very short electrical voltage pulse to emit an ultrasonic pulse. The ultrasonic waves impinging on the ultrasonic receiver from the coupled medium can be converted into electrical voltages.
An ultrasonic head can thus be used both as the actual transmitter and receiver. In the context of the present documentation, such a device is referred to as a pure ultrasound transmitter, which merely serves to emit an ultrasound pulse, while the receiver is only one such unit, which merely serves to convert the ultrasound waves into electrical voltages.
However, one and the same device can be used both as a transmitter and as a receiver. Such a device is referred to here as an ultrasonic transducer; Such transducers can also be called transducers.
For the sake of ease of illustration, the term "ultrasonic head" below refers to both a pure ultrasonic transmitter and an ultrasonic transducer.
If the embodiments relate to a pure ultrasound transmitter, then an ultrasound receiver is assigned to the latter on the other flat side of the cable. The pure ultrasound transmitter and the ultrasound receiver then form a pair, which is also moved together in the case of a displaceable ultrasound head.
Due to the configuration of the inventive device, it is possible to determine several parameters. This includes not only the insulation wall thicknesses, but also the position and distances of the individual flat conductors and the spaces between these flat conductors.
It can or can only be a displaceable ultrasound head or more, for example, 2, 3, 4, etc., slidable ultrasonic heads are present.
In order to accurately determine the exact lateral transverse displacement and thus the exact relative position of the ultrasonic head or the ultrasonic heads with respect to the flat conductor cable to be measured, the side edges and thus the outer contour of the flat cable to be measured should either be known and thus fixed or measured become. The position of the flat conductor cable can be determined, for example, by pulling it through a guide, so that the position and thus the outer contour of the cable is fixed. However, the device according to the invention preferably has an additional measuring device which detects and measures a side edge of the flat conductor cable.
Appropriately, analogous applies to the other side edge, which thus can be easily measured the entire cable width. This measuring device is preferably also an ultrasonic measuring device.
Furthermore, the displaceable ultrasound head or the displaceable ultrasound heads are preferably equipped with a position sensor, which continuously detects the lateral transverse displacement of the ultrasound head, so that the echo signals in function of the relative position of the ultrasound head with respect to the outer contour of the cable is continuously determined.
In the case of a displaceably guided ultrasound head has the simplest embodiment of the inventive device only a single such displaceable ultrasound head.
However, the ultrasonic head should then be slidably guided over the entire width of the flat conductor cable in order to determine all the desired parameters.
Of course, it is also possible to bring several displaceable ultrasound heads for use. In this case, the ultrasonic heads are expediently arranged offset in the longitudinal direction of the flat conductor cable and only cover a certain amount of the entire width of the flat conductor cable, for example only one half each.
The term "multiple" ultrasonic heads referred to in the present documents two, three, four ... many ultrasonic heads.
However, it is possible to provide a plurality of displaceable ultrasound heads and to arrange them next to each other, so that they are not offset in the longitudinal direction.
In this case, the ultrasound heads are preferably displaced simultaneously, but controlled one after the other in time, so that the ultrasound pulses are emitted at different times. You can, for example, be firmly attached to a carriage, which is displaced as such, so that the ultrasonic heads are displaced. Also, a single slidable ultrasound head is preferably mounted on such a carriage.
If the device according to the invention has a plurality of displaceable ultrasound heads which can not be displaced together, but independently of one another, then the displacement path and thus the width of the flat conductor cable which is swept by the individual ultrasound head can be selected according to the needs.
Also in this case, one can provide two or more longitudinally successively arranged ultrasonic heads. Furthermore, it is possible to choose the displacement path such that certain areas of the width and also the entire width of the flat conductor cable are repeatedly scanned and measured. All of this can be designed according to the wishes and requirements.
Instead of a displaceable ultrasound head and a stationary ultrasonic element line can be used. The width of this ultrasound element line is dimensioned such that the desired width of the flat conductor cable can be measured. In one embodiment of this ultrasound element line, this preferably extends over the entire width of the flat conductor cable.
It is also possible to use two separate stationary ultrasonic element rows, which are arranged offset, for example, in the longitudinal direction of the flat conductor cable and extend only over a certain range of the width of the flat conductor cable. Also in this case, the ultrasound element rows are preferably designed and attached in such a way that the entire width of the flat conductor cable can be swept over and thus measured.
The alternatives discussed here are based on the common inventive idea that a flat conductor cable is measured using at least one ultrasonic head over at least a certain range of the width and preferably over the entire width.
According to a further preferred embodiment, the inventive device is equipped with a guide device,
which has an interior. This guide device is arranged in a water bath, so that the interior is filled with water.
This guide device is provided with a slot through which the flat conductor cable is guided, either touching or at a distance of 0.1-10 mm. This guide device is arranged such that the slot extends transversely to the longitudinal direction of the flat conductor cable.
In the interior of this guide means, an ultrasonic head is arranged, which radiates the ultrasonic waves in the direction of the slot. Only the sound waves emerging through the slot serve to measure the desired parameters of the flat conductor cable.
Preferably according to the invention as ultrasonic head or
Ultrasonic transducer such uses a focusing optics, which focuses the sound to a specific focus point. The distance is then chosen so that the focus is directly on the cable surface.
According to a further preferred embodiment, the guide means is substantially closed except for the slot and equipped with a feed opening, is forcibly introduced into the interior of the guide means by the water. For example, a pump can be used. The introduced into the interior of water, since this interior is otherwise closed, pushed out of the slot and thus forms a kind of cushion on which the flat conductor cable rests when pulling over this slot.
With the help of this water cushion, for example by adjusting the delivery volume of the water, the distance of the flat conductor cable can be set to the guide device. This further improves the accuracy of the ultrasonic measurement.
The invention also relates to methods for measuring at least one parameter of an extruded flat conductor cable, in which the flat conductor cable is measured after exiting an extruder in a water bath.
This method is characterized in that the flat conductor cable is acted on at least one of its two flat sides substantially perpendicular to the sound waves of at least one ultrasonic head and
a): as an ultrasonic head, one is used, which is moved transversely to the longitudinal direction of the flat conductor cable, or
b): As the ultrasonic head, a stationary ultrasonic element line extending over the width of the flat conductor cable is used, and the parameter to be measured or the parameters to be measured are or are determined by means of a reflected or a plurality of reflected ultrasonic echoes.
Preferably, the reflected ultrasound echo is evaluated as an A-scan or as an amplitude image and is displayed in function of the transverse direction of the flat conductor cable.
The parameters determined with the aid of the method according to the invention can be used to control the production process.
The invention is explained below with reference to the following drawings, which represent preferred embodiments in a non-scale and schematic manner.
[0037] The drawings show:
<Tb> FIG. 1 <sep> is a schematic representation of a flat conductor cable,
<Tb> FIG. 2 <sep> is a schematic representation of an extruding device for the flat conductor cable shown in FIG. 1 with integrated device according to the invention,
<Tb> FIG. 3 <sep> is a sectional view of an ultrasonic head and a flat conductor cable with the resulting echo signals,
<Tb> FIG. 4 <sep> is a schematic cross-sectional view through a flat conductor cable with the parameters which can be determined with the aid of the device according to the invention,
<Tb> FIG. 5 <sep> is a schematic cross-sectional view through a water trough with built-in device according to the invention,
<Tb> FIG. 6 <sep> is a perspective view of a guide device of the device according to the invention with displaceable ultrasound head,
<Tb> FIG. 7 <sep> is a functional supervision of the guide device shown in FIG. 6 from above,
<Tb> FIG. 8th 6 is a view analogous to FIG. 6 with an ultrasound head in the form of an ultrasound element line, FIG.
<Tb> FIG. 9 <sep> one of the Fig. 7 analogous view,
<Tb> FIG. 10 <sep> is a perspective schematic view of another embodiment with two opposing guide means,
<Tb> FIG. 11 <sep> is a view analogous to FIG. 10, but with the two guide devices being offset in the longitudinal direction of the flat conductor cable,
<Tb> FIG. 12 <sep> is a diagram of an echo signal, which is obtained when measuring the flat conductor cable schematically shown below, and
<Tb> FIG. 13 <sep> is a diagram of different echo signals obtained when measuring the flat-conductor cable reproduced above.
Fig. 1 shows a perspective view of a conventional flat conductor cable 6 with a plurality of flat conductors 7, which are embedded in an insulating plastic layer, which can also be referred to as an insulating layer. The cable 6 is provided with a separating cut 9, on which the cable 6 can be divided into two parts after production. To produce the cable 6 shown in FIG. 1, the extruder 10 shown schematically and in a simplified manner in FIG. 2 is used, which is equipped with an extruder nozzle 28 to which a plurality of flat conductors 7 are fed. In the extruder die 28, these flat conductors 7 are embedded in a plastic material and extruded together as a flat conductor cable 6.
The plastic material is introduced into a funnel 29 and then heated in a known manner and fed to the extruder nozzle 28.
After leaving the extruder nozzle 28, the cable 6 is guided in a cooling bath 30 and cooled there with the aid of water. At the beginning of this cooling bath 30 and the cooling section, the inventive device 1 is arranged.
For measuring the cable 6, an ultrasonic head 2 is used; the situation with an ultrasonic head 2, which is located above one of the flat conductors 7 in the flat conductor cable 6, is shown schematically in FIG. The cable 6 is in a water bath and is pulled over the ultrasonic head 2. The ultrasonic pulse emitted by the ultrasonic head 2 runs in the direction of the flat conductor cable 6 and is reflected there at the various boundary surfaces.
The first reflection takes place at the interface between the water and the upper outer lateral surface of the flat conductor cable 6. The first ultrasonic echo E1 formed at this interface runs back to the ultrasonic head 2 and is registered there; In this case, the ultrasonic head 2 thus constitutes an ultrasonic transducer.
Ultrasonic echoes can be represented in various ways, for example on an oscilloscope or a computer screen. This is shown in Fig. 3 on the right side. The emitted ultrasonic pulse is represented as Sl.
The first ultrasonic echo E1 is obtained after the echo delay t1.
The second ultrasonic echo E2 of the ultrasound pulse emitted by the ultrasound head 3 is formed at the interface between the upper insulating layer 8 and the flat conductor 7; This second ultrasound echo E2 is associated with the echo delay t2.
Another ultrasonic echo E3 results at the interface between the lower boundary layer of the flat conductor 7 and the upper boundary layer of the underlying insulating layer 8 ¾; the echo delay is denoted by t3. The fourth ultrasound echo E4 is formed at the interface between the lower insulation layer 8 ¾ of the cable 6 and the underlying water.
It is known that ultrasonic echoes are generated at interfaces by reflection, in which substances with different acoustic impedance meet.
Such materials are in the present case, on the one hand, the material of the insulating layer 8 and on the other hand, the material of the flat conductor 7. Changes or jumps in the acoustic impedance at interfaces along the propagation direction lead to a partial reflection of the acoustic energy and thus at the same time to a weakening in the propagation direction. The originally delivered ultrasonic pulse is designated in FIG. 3 as Sl. After reflection at the first boundary layer and formation of the ultrasonic echo E1, the original ultrasonic pulse S1 is weakened and continues in a weakened form as T1. The same applies to the still weakened ultrasonic pulses T2, T3 and T4.
In the apparatus according to the invention, the measurement takes place with the aid of the so-called A-picture (amplitude picture), which is also referred to as A-scan.
The timing of the ultrasonic pulses and the backscattered ultrasonic echoes are measured and evaluated in real time in a signal processor. The result obtained can be displayed in easy-to-read graphic form on a screen. In this case, the echo times converted into one dimension are shown as real distances on one axis and the position of the active ultrasonic head on the other axis, in the transverse direction and relative to the reference edge of the flat conductor cable. In this way, a clearly readable virtual image of the cable cross-section in question is created; this situation is illustrated pictorially on the right in FIG. The vertical position corresponds to the echo transit time (i.e., the penetration depth) and the amplitude of the echo intensity.
In Fig. 3 and in the above embodiments, only the most important ultrasonic echoes are explained.
In addition, there are other echoes, such as ground echoes.
4, a cable 6 is shown in a schematic section. In the insulation layer 8 of this cable 6 a total of three flat conductors 7 are embedded; In addition, this cable has a separating cut 9. In this figure, various parameters are shown, which can be measured using the inventive device and the inventive method.
These include:
BL = width of the conductor; HL = height of the conductor; DL = distance of the adjacent side edges of two flat conductors 7; DS = distance of the side edge of the outer and middle flat conductor 7 to the separating section 9; H = thickness of the flat conductor cable 6; HL = thickness / height of the flat conductor 7 and DM = distance between the longitudinal center lines of two adjacent flat conductors 7.
5 shows a schematic sectional view through a water bath 19 with an integrated device 1 according to the invention. The section runs approximately perpendicular to the longitudinal axis of the flat conductor cable 6 to be measured, which has a total of five flat conductors 7.
The flat conductor cable 6 is pulled through an approximately C-shaped, to the side (in Figure 5 to the right) open and filled with water recess 12 in a carriage 11.
The carriage 11 can be moved back and forth transversely to the longitudinal direction of the cable 6 and thus in the direction of the double arrow 13. This movement is effected by means of a spindle 14, which is driven by a drive 15, for example a DC motor, which is equipped with an encoder for the position detection of the carriage 11 and thus also the ultrasonic heads 2, 2 ¾ explained in more detail below. Instead, a stepper motor can be used, the position of which is uniquely determined by the control.
Drive and spindle can also be replaced by a pneumatic cylinder.
The ultrasonic head 2 is arranged under the cable 6, while the ultrasonic head 2 is located ¾ above the cable 6. The ultrasound head 2 can represent a pure ultrasound transmitter, while the ultrasound head 2 ¾ can be a pure receiver or vice versa. However, in the illustrated embodiment, the ultrasonic heads 2, 2¾ may also be ultrasonic transducers.
Adjacent to the cable 6 is an additional measuring device 16 for detecting the position of the side edge 17 of the cable 6. It may also be an ultrasonic head / ultrasonic transducer here.
With the aid of this additional measuring device 10, the distance A from this measuring device 16 to the side edge 17 of the cable 6 is determined.
When reciprocating the carriage 11 and thus the ultrasonic heads 2, 2 ¾ the entire width of the cable to be measured 6 is swept and measured. The ultrasonic echoes obtained are processed with the help of a computer. In doing so, the values which are supplied on this computer by the additional measuring device 16 and the encoder for the position detection of the carriage 11 are included. From this, the distance B from the ultrasonic head 2, 2 ¾ to the additional measuring device 16 is calculated by using the value for the distance A.
This results in the distance C of the ultrasonic heads 2, 2 ¾ to the side edge 17 of the cable 6.
In the apparatus shown in perspective view in FIG. 6, the carriage 11 is reciprocated in the interior 18 of a guide device 20 submerged in the water bath 19 in accordance with the direction of the double arrow 13. This guide device 20 has approximately cuboid shape. In their upper horizontal plane side wall 21, a slot 4 is excluded over which the cable 6 is pulled vertically and rests approximately on this side wall 21. The pulling direction or longitudinal direction of the cable 6 is represented by the arrow 5.
The carriage 11 is guided by means of guide rails 23 and is connected to a toothed belt 22, which by means of a driven gear 24 (see FIG. 7) is reciprocated.
The toothed belt 22 is deflected by a non-driven gear 25.
The carriage 11 has at the top an ultrasonic head 2, which radiates the ultrasonic pulse in the direction of the slot 4. The ultrasonic waves then pass through the slot 4, hit the cable 6 and are reflected. The reflected ultrasonic echoes then pass through the slot 4 again and are received by the ultrasonic head 2. In the present case, this ultrasound head 2 is therefore an ultrasound transducer.
The guide device 20 has laterally a pipe socket 26, is forcibly moved by the water by means of a suitable means, such as a pump (not shown), in the interior 18 of the guide device 20.
This water then exits through the slot 4 from the interior 18 and forms on the horizontal upper side wall 21 of the guide means 20, a water cushion or a water film on which the cable 6 slides along and by the distance of the cable 6 to the surface of the upper horizontal Sidewall 21 is set. Incidentally, it is not necessarily required that the upper side wall 21 be strictly horizontal or plane. It can also be curved slightly outwards, with the slot 4 then being at the apex of this curvature. Overall, then results in relation to the cross section, in approximately a yoke-like shape.
The embodiment shown in FIGS. 8 and 9 is approximately the same as that shown in FIGS. 6 and 7 with respect to the guide means 20.
The same parts and elements are provided with the same reference numerals, which is valid not only for these two embodiments, but generally in the context of the present invention.
The difference from the embodiment shown in FIG. 6 is that in the embodiment shown in FIGS. 8 and 9, the ultrasonic head is an ultrasonic element line 2¾¾ which is not displaceable but stationary. This has several juxtaposed transversely to the longitudinal direction 5 ultrasonic pulses emitting elements. 3
In the embodiments shown in FIGS. 6 to 9, unless stated otherwise, the ultrasonic heads 2, 2 ¾ and 2 ¾ ¾ ultrasonic transducers, which thus not only deliver an ultrasonic pulse, but also receive the ultrasonic echo.
In the embodiment shown in FIG. 10, which is very similar to that shown in FIG. 8, there are two guide devices 20, 20, which are arranged opposite each other with their slots 4, 4, so that the cable 6 passes through the between this two guide means 20, 20 formed ¾ gap 27 is pulled. Each of these guide elements 20, 20 ¾ is equipped with a 2 ¾ ¾ ultrasonic element section. In this case it is possible that both ultrasonic element lines 2 ¾ ¾ are also transducers.
It is also possible that one of these ultrasonic element lines 2 ¾ ¾ is a pure transmitter and the other is a pure receiver.
Incidentally, the guide devices 20, 20 ¾ need not be arranged opposite one another; Rather, it is also possible to arrange these guide devices offset in the longitudinal direction 5, as shown in FIG. 11.
These guide means 20, 20 ¾ can be equipped both with a displaceable ultrasonic head and with a stationary ultrasonic element row as required.
Incidentally, it is also possible to design the above-described guide devices 20, 20 ¾, which are equipped with a displaceable ultrasonic head 2, 2 ¾, in such a way that the guide devices 20, 20 ¾ are themselves transversely displaceable and have a stationarily arranged therein Ultrasonic head 2, 2 ¾ are equipped, so that in this way the ultrasonic heads 2, 2 ¾ are again displaced. Such an embodiment corresponds approximately to that shown in FIG. 5.
The measuring device 1 according to the invention is arranged as directly as possible after the extruder nozzle 28, so that the measurement results obtained are available with a minimum time delay.
These values can then be used for rapid regulation of the production parameters and thus, for example, wall thickness and centricity of the conductors. All this is conveniently controlled by a computer unit.
With the aid of the device 1 according to the invention, various parameters of the cable 6 to be measured can be determined. Thus, for example, the wall thickness can be determined on the basis of the echoes, when the ultrasound head is above the flat conductor 7. Furthermore, by suitable analysis of the echo values, when the ultrasound head passes over the edges of the conductors 7, the conductor width and the conductor spacings can be determined.
This will be explained below with reference to FIGS. 12 and 13, for example.
FIG. 13 shows the amplitude profiles of the ultrasonic echoes E1, E2, E3 and E4 for the cable 6 shown above in FIG. 13; These ultrasonic echoes E1-E4 have already been described in detail in the explanation of FIG. If the width BL of the flat conductor 7 is known prior to the ultrasound measurement or has been measured before the jacket, it is possible, for example with the aid of the ultrasound echo E2, to determine the trigger points for determining the edges of the flat conductor 7. This situation is shown in FIG. 12.
For this purpose, the known width BL of the flat conductor 7 is centered over the amplitude profile of the ultrasonic echo E 2 such that the trigger points determined by projection (identified in the figure by a circle with a cross therein) have the same amplitude value.
Assuming once that the cable 6 shown in Fig. 12 occupies the position indicated by the dashed line, then this cable is computationally shifted so far to the right until the positions P1 and P2 above the trigger points with the same Amplitude are; this situation is shown by solid lines.
If one has determined the different trigger points for the flat conductor 7 in this way, then one can also calculate their distances mathematically.
The above embodiment explains only a few evaluations that can be made with the aid of the inventive device and the inventive method.
LIST OF REFERENCE NUMBERS
[0067]
1: device
2, 2 ¾, 2 ¾ ¾: ultrasonic head resp.
Ultrasonic elements row
3: element of the ultrasonic element line
4, 4 ¾: slot
5: longitudinal direction
6: Flat cable
7: flat conductor
8, 8 ¾: insulation layer
9: separation cut
10: extruder
11: sledges
12: U-shaped recess
13: arrow
14: spindle
15: drive
16: additional measuring device
17: side edge
18: interior
19: water bath
20, 20 ¾: guide device
21: plane sidewall
22: Timing belt
23: guide rail
24: gear, driven
25: gear, not driven
26: pipe socket
27: gap
28: extruder nozzle
29: Funnels
30: cooling bath
E1: first ultrasonic echo
E2: second ultrasonic echo
E3: third ultrasonic echo
E4: fourth ultrasound echo
t1: Echo delay 1
t2: echo time 2
t3: echo time 3
t4: echo time 4
BL: wide ladder
HL: height ladder
DL:
Distance between the two mutually facing side edges of two flat conductors
DS: Distance of the adjacent side edge of a flat conductor to the separating cut or to the outer edge of the cable
H: height / thickness of the flat conductor cable
B: Width of the flat conductor cable
HL: height / thickness of the flat conductor
DM: Distance between the longitudinal center lines of two adjacent flat conductors